SPICE модели диодов
Добавлено 11 августа 2017 в 20:10
Программа моделирования схем SPICE в процессе моделирование работы схем обеспечивает и моделирование работы диодов. Модели диодов основаны на характеристиках отдельных устройств, описанных в технических описаниях на конкретные продукты, и характеристиках технологических процессов, которые не указаны в описаниях на устройства. Некоторая информация, взятая из технического описания на 1N4004, приведена на рисунке ниже.
Графики из технического описания на диод 1N4004Параметр | Значение | Размерность |
---|---|---|
Максимальный средний выпрямленный ток ID | 1 | А |
Пиковое повторяющееся обратное напряжение VRRM | 400 | В |
Пиковый прямой импульсный ток IFSM | 30 | А |
Общая емкость CT | 15 | пФ |
Прямое падение напряжения VF | 1 | В |
Прямой ток IF | 1 | А |
Максимальный обратный ток IR | 5 | мкА |
Максимальное обратное напряжение VR | 400 | В |
Определение диода начинается с имени элемента диода, которое должно начинаться с «d
» плюс необязательные символы. Примеры имен элементов диодов: d1, d2, dtest, da, db, d101. Два номера узлов определяют подключение анода и катода, соответственно, к другим компонентам. За номерами узлов следует имя модели, ссылаясь на последующий оператор «
«.
Строка оператора модели начинается с «.model
«, за которым следует название модели, соответствующее одному или нескольким определениям диода. Затем «d
» указывает, что работа диода должна моделироваться. Остальная часть объявления модели представляет собой список дополнительных параметров диода в виде ParameterName=ParameterValue
. В примере 1 такие параметры не используются. В примере 2 определены несколько параметров. Список параметров диодов приведен в таблице ниже.
Основная форма: d[имя] [анод] [катод] [название_модели] .model ([название_модели] d [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) Пример1: d1 1 2 mod1 .model mod1 d Пример2: D2 1 2 Da1N4004 .model Da1N4004 D (IS=18.8n RS=0 BV=400 IBV=5.00u CJO=30 M=0.333 N=2)
Самый простой подход для получения SPICE модели такой же, как и для получения технического описания: посмотрите на сайте производителя. В таблице ниже приведены параметры модели для некоторых диодов. Во втором случае можно создать SPICE модель по тем параметрам, которые указаны в техническом описании. Третий случай, который здесь не рассматривается, – это измерение параметров реального устройства. Затем вычислить, сравнить и подогнать параметры SPICE модели к результатам измерений.
Обозначение | Название | Параметр | Единицы измерения | Значение по умолчанию |
---|---|---|---|---|
IS | IS | Ток насыщения (диодное уравнение) | А | 1E-14 |
RS | RS | Паразитное сопротивление (последовательное сопротивление) | 0 | |
n | N | Коэффициент эмиссии, от 1 до 2 | – | 1 |
tD | TT | Время переноса заряда | с | 0 |
CD(0) | CJO | Емкость перехода при нулевом смещении | Ф | 0 |
φ0 | VJ | Контактная разность потенциалов перехода | В | 1 |
m | M | Коэффициент плавности перехода | – | 0,5 |
0,33 для линейно леггированнного перехода | ||||
0,5 для лавинного перехода | ||||
Eg | EG | эВ | 1,11 | |
Si (кремний) | эВ | 1,11 | ||
Ge (германий) | эВ | 0,67 | ||
Шоттки | эВ | 0,69 | ||
pi | XTI | Температурный экспоненциальный коэффициент тока насыщения | – | 3,0 |
pin переход | – | 3,0 | ||
Шоттки | – | 2,0 | ||
kf | KF | Коэффициент фликер-шума | – | 0 |
af | AF | Показатель степени в формуле фликер-шума | – | 1 |
FC | FC | Коэффициент емкости обедненной области при прямом смещении | – | 0,5 |
BV | BV | Обратное напряжение пробоя | В | ∞ |
IBV | IBV | Обратный ток пробоя | А | 1E-3 |
Если параметры диода не указаны, как в первом примере выше, применяются параметры по умолчанию, взятые из таблиц выше и ниже. Это модели по умолчанию диодов в интегральных микросхемах. Они безусловно подходят для предварительной работы и с дискретными устройствами. Для более важной работы используйте SPICE модели, поставляемые производителем, поставщиками ПО SPICE и другими источниками.
Элемент | IS | RS | N | TT | CJO | M | VJ | EG | XTI | BV | IBV |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
По умолчанию | 1E-14 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0.5 | 1 | 1.11 | 3 | ∞ | 1m |
1N5711 sk | 315n | 2.8 | 2.03 | 1.44n | 2.00p | 0.333 | — | 0.69 | 2 | 70 | 10u |
1N5712 sk | 680p | 12 | 1.003 | 50p | 1.0p | 0.5 | 0.6 | 0.69 | 2 | 20 | — |
1N34 Ge | 200p | 84m | 2. 19 | 144n | 4.82p | 0.333 | 0.75 | 0.67 | — | 60 | 15u |
1N4148 | 35p | 64m | 1.24 | 5.0n | 4.0p | 0.285 | 0.6 | — | — | 75 | — |
1N3891 | 63n | 9.6m | 2 | 110n | 114p | 0.255 | 0.6 | — | — | 250 | — |
10A04 10A | 844n | 2.06m | 2.06 | 4.32u | 277p | 0.333 | — | — | — | 400 | 10u |
1N4004 1A | 76.9n | 42.2m | 1.45 | 4.32u | 39.8p | 0.333 | — | — | — | 400 | 5u |
1N4004 тех.описание | 18.8n | — | 2 | — | 30p | 0.333 | — | — | — | 400 | 5u |
В противном случае введите некоторые из параметров, приведенных в техническом описании.
ID = I
VT = 26 мВ (при температуре 25°C)
n = 2,0
VD = 0,925 В (при 1 А на графике)
1 А = IS (e(0,925 В)/(2)(26 мВ) – 1)
IS = 18,8E-9
Числовые значения IS=18. 8n и N=2 приведены в последней строке таблицы выше для сравнения с моделью производителя 1N4004, что значительно отличается. По умолчанию RS установлено в значение 0. Это будет оценено позже. N, IS и RS являются важными статическими параметрами по постоянному току.
Рашид в книге “SPICE for Power Electronics and Electric Power” предлагает, чтобы TT, tD, время перехода, было аппроксимировано из восстанавливаемого заряда QRR, параметра из технического описания (в нашем случае недоступного) и IF, прямого тока.
ID = IS (eVD/nVT – 1) tD = QRR/IF
Мы принимаем TT=0 из-за отсутствия QRR. Хотя было бы разумно взять TT, как у аналогичного выпрямительного диода 10A04, 4.32u. TT диода 1N3891 не подходит, так как выпрямителем с быстрым восстановлением. CJO, емкость перехода при нулевом смещении оценивается по графику зависимости CJ от VR, который приведен выше. Емкость при ближайшем на графике к нулю напряжении составляет 30 пФ при 1 В. Если моделировать отклик на высокоскоростные переходы, как в импульсных источниках питания, то в модели должны быть учтены параметры TT и CJO.
Коэффициент плавности перехода M связан с профилем легирования перехода. Он не содержится в техническом описании устройств. Мы выбираем M = 0.333, что соответствует линейной плавности перехода. Мощные выпрямительные диоды в таблице выше используют более низкие значения M.
Мы берем значения по умолчанию для VJ и EG. Многие другие диоды используют VJ=0.6, что показано в таблице выше. Однако выпрямительный диод 10A04 использует значение по умолчанию, которое мы будем использовать для нашей модели 1N4004 (1N4001 тех. описание в таблице выше). Используйте значение по умолчанию EG=1.11 для кремниевых и выпрямительных диодов. В таблице выше приведены значения для диодов Шоттки и германия. Возьмите XTI=3, стандартный температурный коэффициент IS для кремниевых устройств. Для XTI диодов Шоттки смотрите таблицу выше.
Выдержка из технического описания, показанная на рисунке выше, приводит IR = 5 мкА и VR = 400 В, соответствующие IBV=5u и BV=400, соответственно. Параметры SPICE модели 1n4004, полученные из технического описания, перечислены в последней строке таблицы выше для сравнения с моделью производителя, указанной выше. BV необходим только в том случае, если моделирование производится при обратном напряжении, превышающем обратное напряжение пробоя диода, как в случае со стабилитронами. IBV, обратный ток пробоя, часто опускается, но может быть введен, если приведен и BV.
На рисунке ниже показана схема для сравнения модели производителя, модели, полученной из технического описания, и модели по умолчанию, использующей параметры по умолчанию. Для измерения токов через диоды необходимы три фиктивных источника 0 V. Источник 1 V изменяет своё выходное напряжение от 0 до 1,4 В с шагом 0,2 мВ. Смотрите инструкцию .DC
в списке соединений в таблице ниже. DI1N4004 – это модель производителя, а Da1N4004 – модель, созданная нами.
Параметры списка соединений SPICE: (D1) DI1N4004 модель производителя, (D2) Da1N40004 модель, полученная из технического описания, (D3) модель по умолчанию:
*SPICE circuit <03468.eps> from XCircuit v3.20 D1 1 5 DI1N4004 V1 5 0 0 D2 1 3 Da1N4004 V2 3 0 0 D3 1 4 Default V3 4 0 0 V4 1 0 1 .DC V4 0 1400mV 0.2m .model Da1N4004 D (IS=18.8n RS=0 BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0.333 N=2.0 TT=0) .MODEL DI1N4004 D (IS=76.9n RS=42.0m BV=400 IBV=5.00u CJO=39.8p +M=0.333 N=1.45 TT=4.32u) .MODEL Default D .end
Мы сравниваем три модели на рисунке ниже и данные графиков в таблице ниже. VD – это напряжение, подаваемое на диод для сравнения токов модели производителя, нашей расчетной модели и модели диода по умолчанию. Последний столбец «1N4004 график» – это данные из вольт-амперной характеристики из технического описания, которая приведена на рисунке выше, и с которой наши результаты должны совпадать. Сравнение токов трех моделей с последним столбцом показывает, что модель по умолчанию хороша при низких токах; модель производителя хороша при больших токах; а наша рассчитанная по техническому описанию модель лучше всего при токах до 1 А. Точка на 1 А почти идеальна, поскольку расчет IS основан на напряжении диода при 1 А. Наша модель сильно завышает значения тока выше 1 А.
Первое испытание модели производителя, модели по техническому описанию и модели диода по умолчаниюИндекс | VD | Модель производителя | Модель по тех. описанию | Модель по умолчанию | 1N4004 график |
---|---|---|---|---|---|
3500 | 7. 000000e-01 | 1.612924e+00 | 1.416211e-02 | 5.674683e-03 | 0.01 |
4001 | 8.002000e-01 | 3.346832e+00 | 9.825960e-02 | 2.731709e-01 | 0.13 |
4500 | 9.000000e-01 | 5.310740e+00 | 6.764928e-01 | 1.294824e+01 | 0.7 |
4625 | 9.250000e-01 | 5.823654e+00 | 1.096870e+00 | 3.404037e+01 | 1.0 |
5000 | 1.000000e-00 | 7.395953e+00 | 4.675526e+00 | 6.185078e+02 | 2.0 |
5500 | 1.100000e+00 | 9.548779e+00 | 3.231452e+01 | 2.954471e+04 | 3.3 |
6000 | 1.200000e+00 | 1.174489e+01 | 2.233392e+02 | 1.411283e+06 | 5.3 |
6500 | 1.300000e+00 | 1.397087e+01 | 1.543591e+03 | 6.741379e+07 | 8.0 |
7000 | 1.400000e+00 | 1.621861e+01 | 1.066840e+04 | 3. 220203e+09 | 12. |
Решение заключается в том, чтобы увеличить RS со значения по умолчанию, которое равно RS=0. Изменение RS от 0 до 8m в модели по техническому описанию приводит к тому, что кривая пересекает 10 А (здесь не показано) при том же напряжении, что и модель производителя. Увеличение RS до 28.6m смещает кривую дальше вправо, как показано на рисунке ниже. Это приводит к более точному соответствию нашей модели с графиком из технического описания (рисунок выше). В таблице ниже показано, что ток 1.224470e+01 А соответствует графику при 12 А. Однако ток при 0.925 В ухудшился с 1.096870e+00 до 7.318536e-01.
Второе испытание для улучшения рассчитаной по техническому описанию модели по сравнению с моделью производителя и моделью по умолчанию.model Da1N4004 D (IS=18.8n RS=28.6m BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0.333 N=2.0 TT=0)
Индекс | VD | Модель производителя | Модель по тех. описанию | 1N4004 график |
---|---|---|---|---|
3505 | 7.010000e-01 | 1.628276e+00 | 1.432463e-02 | 0.01 |
4000 | 8.000000e-01 | 3.343072e+00 | 9.297594e-02 | 0.13 |
4500 | 9.000000e-01 | 5.310740e+00 | 5.102139e-01 | 0.7 |
4625 | 9.250000e-01 | 5.823654e+00 | 7.318536e-01 | 1.0 |
5000 | 1.000000e-00 | 7.395953e+00 | 1.763520e+00 | 2.0 |
5500 | 1.100000e+00 | 9.548779e+00 | 3.848553e+00 | 3.3 |
6000 | 1.200000e+00 | 1.174489e+01 | 6.419621e+00 | 5.3 |
6500 | 1.300000e+00 | 1.397087e+01 | 9.254581e+00 | 8.0 |
7000 | 1.400000e+00 | 1.621861e+01 | 1.224470e+01 | 12. |
Предлагаемое упражнение для читателя: уменьшить N так, чтобы ток при VD = 0,925 В был восстановлен до 1 А. Это может увеличить ток (12,2 А) при VD = 1,4 В, требуя увеличения RS для уменьшения тока до 12 А.
Стабилитрон. Существует два подхода к моделированию стабилитрона: установка в инструкции модели параметра BV на напряжение стабилитрона или моделирование стабилитрона с подсхемой, содержащей диодный фиксатор уровня, установленный на напряжение стабилитрона. Пример первого подхода устанавливает напряжение пробоя BV в значение 15 для модели стабилитрона 1n4469 на 15 В (IBV необязательно):
.model D1N4469 D ( BV=15 IBV=17m )
Второй подход моделирует стабилитрон с подсхемой. Фиксатор уровня D1 и VZ на рисунке ниже моделируют напряжение обратного пробоя 15 В стабилитрона 1N4477A. Диод DR учитывает в подсхеме проводимость стабилитрона при прямом смещении.
Подсхема стабилитрона использует фиксатор уровня (D1 и VZ) в модели стабилитронаТуннельный диод. Туннельный диод может быть смоделирован с помощью SPICE подсхемы и пары полевых (JFET) транзисторов.
Диод Ганна. Диод Ганна также может быть смоделирован парой полевых транзисторов.
Подведем итоги
- Диоды описываются в SPICE с помощью инструкции компонента диода, относящейся к выражению
.model
. Инструкция.model
содержит параметры, описывающие диод. Если параметры не указаны, модель использует значения по умолчанию. - Статические параметры по постоянному току включают в себя N, IS и RS. Параметры обратного пробоя: BV, IBV.
- Для точного динамического моделирования требуются TT и CJO.
- Рекомендуется использовать модели, предоставляемые производителем.
Оригинал статьи:
- SPICE Models
Теги
LTspiceSPICESPICE модельДиодМоделированиеОбучениеЭлектроникаНазад
Оглавление
АО «НИИЭТ»
Продукция
Новинки и текущие разработки
Интегральные микросхемы
Микросхемы в пластиковых корпусах
ВЧ/СВЧ транзисторы и модули
Макетно-отладочные устройства
Испытательное оборудование
Новости
Все новости
О предприятии
АО «НИИЭТ» – один из ведущих производителей электронных компонентов в России.
Научно-исследовательский институт электронной техники – это одна из старейших отечественных школ разработки, большие производственные мощности, квалифицированные кадры.
На нашем предприятии в 1965 году была создана первая отечественная микросхема с диэлектрической изоляцией компонентов. Благодаря огромному опыту – с одной стороны – и умению оперативно меняться в соответствии с потребностями страны – с другой – мы предлагаем своим потребителям качественные услуги разработки, сборки и испытаний современной электронной компонентной базы.
Сегодня НИИЭТ — это единственное в России предприятие, которое занимается серийным производством и поставками GaN-транзисторов на кремнии.
Направления деятельности
Разработка
Мы выполняем полный комплекс работ по проектированию цифровых и аналоговых микросхем, силовых, ВЧ-, СВЧ-транзисторов и блоков на их базе.
Сборка
Наш институт располагает современной производственной линией для сборки ИМС, силовых, ВЧ-, СВЧ-транзисторов во всех типах металлокерамических корпусов.
Испытания и измерения
Современное собственное оборудование и квалифицированные кадры позволяют нам проводить комплексные испытания изделий электронной техники с применением современных методик.
Наши партнёры
Партнёры
Госкорпорация «Росатом»
АО «Российские космические системы»
АО «Концерн Радиоэлектронные технологии»
ООО «НПФ Вектор»
АО «ВЗПП-Микрон»
Госкорпорация «Роскосмос»
АО «Концерн ВКО „Алмаз-Антей“»
ГК «Элемент»
ЗАО НТЦ «Модуль»
АО «Конструкторско-технологический центр «ЭЛЕКТРОНИКА»
Госкорпорация «Ростех»
АО «Концерн «Радиотехнические и Информационные Системы»
АО «НИИМА «ПРОГРЕСС»
АО «Воронежский Завод Полупроводниковых Приборов-Сборка»
АО «СКТБ ЭС»
Вузы-партнёры
ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова
ФГБОУ ВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет»
Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Дилеры и дистрибьюторы
ООО «ЭНЭЛ»
ООО «Пятый элемент»
АО «ТЕСТПРИБОР»
АО «РТКТ»
ООО «Сигма-Проект»
Информационные партнеры
Научно-технический журнал «Электроника НТБ»
Журнал «Компоненты и технологии»
Единая отраслевая платформа по электронике, микроэлектронике и новым технологиям Industry Hunter
«РадиоЛоцман» — портал и журнал для разработчиков электроники
Журнал «Электронные компоненты»
Поставщик | Описание |
Analog Devices | Усилители и компараторы, аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, встроенные процессоры и DSP, МЭМС и датчики, ВЧ/ПЧ компоненты, переключатели/мультиплексоры, аналоговые микроконтроллеры, интерфейс, управление питанием и температурой |
Микротехнологии Apex | Линейные усилители, ШИМ-усилители |
Кристоф Бассо | Импульсные источники питания |
Coilcraft, Inc. | Power Magnetics, RF Inductors, EMI / RFI фильтры, Broadband Magnetics |
Дункан Ампс | Усилители, электронные лампы |
Инфинеон Текнолоджиз АГ | Волоконная оптика, микроконтроллеры, силовые полупроводники, дискретные устройства для малых сигналов |
Домашняя страница Kemet | Конденсаторы для поверхностного монтажа из алюминия, керамики и тантала, а также выводные конденсаторы из керамики и тантала |
Максим | Усилители и компараторы, аналоговые переключатели и мультиплексоры, часы, счетчики, линии задержки, генераторы, часы реального времени, преобразователи данных, выборки и хранения, цифровые потенциометры, оптоволокно и связь, фильтры (аналоговые), высокочастотные ASIC, горячие — Переключение и переключение питания, интерфейс и межсоединение, память: энергозависимая, энергонезависимая, многофункциональная, управление температурой, датчики, формирователи датчиков, источники опорного напряжения, беспроводная связь, радиочастота и кабель |
ОН Полупроводник | Управление питанием, усилители, компараторы, аналоговые переключатели, тиристоры, диоды, выпрямители, биполярные транзисторы, полевые транзисторы, стандартная логика, дифференциальная логика, |
Полифет | Транзисторы Polyfet |
STMicroelectronics | Усилители и микросхемы линейных, аналоговых и смешанных сигналов, диоды, фильтрация и согласование электромагнитных помех, логика, переключатели сигналов, память, микроконтроллеры, управление питанием, защитные устройства, датчики, микросхемы смарт-карт, тиристоры и переключатели переменного тока, транзисторы |
Техас Инструментс | Буферы, драйверы и приемопередатчики, триггеры, защелки и регистры, вентили, счетчики, декодеры/кодировщики/мультиплексоры, цифровые компараторы |
Tyco Electronics (ранее Amp) | Электромеханические компоненты, пассивные компоненты, источники питания, радиочастотные и микроволновые изделия |
Вишай | Производитель аналоговых переключателей, конденсаторов, диодов, катушек индуктивности, интегрированных модулей, силовых ИС, светодиодов, силовых МОП-транзисторов, резисторов и термисторов. |
AD22050 | Усиление интерфейса датчика с одним приложением | AD22050 Spice Macro Model0193 | AD22057 | Single Supply Sensor Interface Amplifier | AD22057 SPICE Macro Models
AD5144 | Четырехканальный, 256-позиционный, I2C/SPI, энергонезависимый цифровой потенциометр | AD5144_10k Макромодель SPICE AD536A | — Преобразователь True RMS-DC в интегральную схему0012 | AD536A SPICE Macro Model AD549 | Ultralow Input-Bias Current Operational Amplifier | AD549 SPICE Macro Model AD5686R | Quad, 16 -Bit nanoDAC+™ со встроенным эталоном 2 ppm/°C и интерфейсом SPI | Макромодель AD5686R SPICE AD5767 | 16-Channel, 12-Bit Voltage Output denseDAC | AD5767 SPICE Macro Model AD581 | High Precision 10 V IC Reference | AD581 SPICE Macro Models AD584 | Pin Programmable Precision Voltage Reference | AD584 SPICE Macro Models AD587 | Высокая точность 10 В. Ссылка | AD587 Spice Macro Model A, 11/93 AD588 | Многоканальный выход, высокая точность, двойное отслеживание Эталон | Макромодели AD588 SPICE
AD600 | Двойной малошумящий широкополосный усилитель с регулируемым усилением, от 0 дБ до +40 дБ Модель Rev. A, 2/93 | AD602 | Двойной малошумящий широкополосный усилитель с регулируемым усилением, усиление от -10 дБ до +30 дБ | AD602 SPICE Макромодели AD603 | Низкий шум, 90 МГц Усиление усиления | AD603 Spice Masro Models
AD604 | Dual, Ultralow Noise Variable Gain Amplifier | AD604 SPICE Macro Model AD605 | Dual, Low Noise, Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления с однополярным питанием | AD605 Spice Macro Model AD620 | Низкий дрифт, с низкой мощностью AMP с наборами | 2012020202020202020202020202.20202202020202020202020202020202.2020202020202020202020202.202020202020202020202.9202020202020202020202.AD620 MACRO. B, 10/95 AD623 Spice Macro Model AD624 | Высокая точность, модели с низким уровнем шума | AD624 SPICE MACRO MODEL Макромодель AD624A SPICE, версия A, 9/91 АД626 | Недорогой дифференциальный усилитель с однополярным питанием | Макромодели AD626 SPICE AD627 | Microper, одно и двойное снабжение R/R Инструментационное усилитель | AD627A Spice Macro Moder Ред. А, 2/2001 AD628 | High Common-Mode Voltage, Programmable Gain Difference Amplifier | AD628 SPICE Macro Model AD629 | High Common-Mode Voltage, Difference Amplifier | AD629A SPICE Macro Модель Минимальные значения AD629 | Высокое синфазное напряжение, дифференциальный усилитель | AD629B SPICE Macro Model Minimum Values AD629 | High Common-Mode Voltage, Difference Amplifier | AD629A SPICE Macro Model Typical Values AD629 | Высокое синфазное напряжение, дифференциальный усилитель | Макромодель AD629B SPICE Типичные значения AD630 | Balanced Modulator/Demodulator | AD630 SPICE Macro Model AD633 | Low Cost Analog Multiplier | AD633 SPICE Macro Models AD636 | Низкоуровневый преобразователь истинного среднеквадратичного значения в постоянный ток | AD636P SPICE Macro Model AD637 | High Precision, Wideband RMS-to-DC Converter | AD637 SPICE Macro Model AD645 | Low Noise , Операционный усилитель на полевых транзисторах с малым дрейфом | Макромодели AD645 SPICE |